Método desenvolvido para a purificação de proteínas com luz

Mais suave e mais eficaz do que o procedimento anterior

06.03.2025

As proteínas desempenham um papel fundamental nas ciências da vida - desde a investigação fundamental e as aplicações biotecnológicas até ao desenvolvimento e produção de medicamentos. Os cientistas da Universidade Técnica de Munique (TUM) desenvolveram um processo que se baseia mais na física do que na química para obter as proteínas necessárias para este fim. Utilizando luz UV de ondas curtas, invisível ao ser humano, conseguiram purificar proteínas a partir de extractos ou culturas de células. Este processo é mais eficaz e mais suave do que os métodos anteriores.

Quem faz investigação e trabalha em biologia molecular ou medicina precisa de proteínas em estado puro como objectos de investigação ou substâncias activas para vários fins. Estas proteínas são isoladas de fontes naturais ou produzidas com a ajuda de células geneticamente modificadas.

Durante 50 anos, a cromatografia de afinidade foi o procedimento padrão para o efeito. Neste método, os extractos ou culturas de células são passados através de uma coluna cromatográfica preenchida com um material portador poroso. A proteína-alvo é ligada a este material de transporte, separada de outras proteínas e impurezas por lavagem com um solvente e, finalmente, removida da coluna utilizando ácidos ou outros reagentes auxiliares. No entanto, o processo tem uma desvantagem: a proteína alvo purificada pode ser danificada durante a última etapa.

Uma equipa liderada por Arne Skerra, Professor de Química Biológica na TUM, desenvolveu, por isso, uma nova abordagem: "Utilizamos um mecanismo físico em vez de reagentes químicos. Isto torna a nossa tecnologia fundamentalmente diferente do método convencional e torna-a uma alternativa mais suave e mais eficiente", diz Arne Skerra.

O apêndice molecular "azo tag" funciona como uma âncora

O novo método também utiliza uma coluna cromatográfica preenchida com um material de suporte poroso. No entanto, a principal diferença é feita pelas luzes LED que são fixadas à volta da coluna e por uma pequena etiqueta molecular que é fixada à proteína alvo.

O apêndice minimalista denominado Azo-Tag foi desenvolvido por Peter Mayrhofer, Markus Anneser e Stefan Achatz, juntamente com Arne Skerra, no Departamento de Química Biológica, com base no grupo químico sensível à luz "azobenzeno". Este grupo químico pode mudar de forma sob certas irradiações de luz e actua como uma âncora molecular para a proteína-alvo: à luz ou no escuro, a proteína-alvo liga-se de forma altamente específica ao material de transporte na coluna cromatográfica através desta âncora. As outras substâncias e impurezas contidas podem ser lavadas, ficando a proteína alvo com a sua âncora protegida.

No entanto, se as luzes LED forem ligadas e a coluna for irradiada com luz UV suave com um comprimento de onda de 355 nanómetros, a etiqueta muda a sua forma. Simplificando, liberta o material de transporte, de modo que a proteína alvo com a etiqueta azo é lavada para fora da coluna numa forma pura, concentrada e não danificada. A proteína isolada desta forma pode ser utilizada diretamente para análises posteriores, ou seja, sem etapas de purificação adicionais.

Mais eficiente do que a cromatografia convencional e com potencial para desenvolvimento futuro

A Cátedra de Química Biológica trabalha agora regularmente com este método e já conseguiu purificar anticorpos contra o cancro da mama. Atualmente, continua a ser utilizada no laboratório uma pequena versão do aparelho. A coluna cromatográfica mede pouco menos de um centímetro de diâmetro, mas a equipa acredita que também pode ser construída numa escala maior.

Arne Skerra, que, juntamente com os seus colegas, requereu uma patente para este processo, afirma: "Estamos atualmente a trabalhar na automatização dos processos para os tornar ainda mais eficientes, especialmente para o desenvolvimento de medicamentos de alto rendimento em empresas farmacêuticas ou de biotecnologia".

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Publicação original

Peter Mayrhofer, Markus R. Anneser, Kristina Schira, Carina A. Sommer, Ina Theobald, Martin Schlapschy, Stefan Achatz, Arne Skerra; "Protein purification with light via a genetically encoded azobenzene side chain"; Nature Communications, Volume 15, 2024-12-18

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